3B SCIENTIFIC
Wasserwellenkanal U8431411
Bedienungsanleitung
11/08 ELWE/ALF
®
PHYSICS
1. Beschreibung
Der Wasserwellenkanal dient der Demonstration
und Untersuchung von Oberflächenwellen in Wasser.
Er besteht aus einer großen durchsichtigen Küvette,
die zu 2/3 mit Wasser gefüllt wird. Im kurzen, Vförmigen Teil werden die Wellen erzeugt, im Iförmigen Teil werden sie untersucht. Zur Erzeugung der Wellen ist am Ende des V-förmigen Kanals
ein Motor mit Getriebe angebracht. Er treibt zwei
Tauchkörper an, die sich im Wasser auf und ab
bewegen. Jeder Tauchkörper erzeugt in einem Teil
des V-förmigen Kanals eine Welle. Je nach der Einstellung an der Erregerwelle können sich die beiden Tauchkörper gleichsinnig oder gegensinnig
bewegen. Die Frequenz der Wellen kann durch
Verändern der Betriebsspannung des Motors variiert werden.
In den beiden Teilkanälen befindet sich je ein
Rahmen mit einem Vlies, den die Wellen durchdringen müssen. Dadurch wird ein weitgehend
sinusförmiger Verlauf erreicht. Danach treten sie in
den I-förmigen Teil des Kanals ein und bewegen
sich bis zu dessen Ende. Ist am Ende dieses Kanals
der dämpfende Rahmen mit Vlies eingeschoben, so
werden sie weitestgehend absorbiert. Dadurch tritt
im Kanal das Bild einer sich ausbreitenden Welle
auf. Ist der Absorber nicht eingeführt, so werden die
Wellen am hinteren Ende des I-förmigen Kanals
reflektiert.
Bei kurzer Einschaltzeit des Motors entsteht ein
Wellenzug, der nach Durchlaufen des Kanals und
nach der Reflexion wieder zum Erreger zurück-
1
kehrt. Bei Dauerbetrieb des Motors überlagern sich
die ankommende und die reflektierte Welle, und es
tritt das Bild einer stehenden Welle auf.
Wird die am Ende des I-Kanals absorbierte Welle
von nur einem Wellenerreger erzeugt (Verschließen
des zweiten Teilkanals), so ist ihre Amplitude klein.
Gelangen beide Teilwellen in den I-förmigen Teil
des Kanals, so nimmt die Amplitude zu.
Durch Einfügen der Trennplatte in den Übergangsbereich vom V-förmigen zum I-förmigen Kanal
verlaufen die beiden Teilwellen auch im I-förmigen
Kanal noch getrennt und können in ihrer Bewegung miteinander verglichen werden. Werden die
beiden Wellenerreger gegensinnig betrieben, so ist
im Bereich der eingeschobenen Glasplatte deutlich
die Phasenverschiebung von λ/2 zu erkennen. Die
Überlagerung dieser beiden Teilwellen führt dazu,
dass nach ihrem Eintreten in den hinteren Teil des
I-Kanals weitestgehend Auslöschung auftritt.
Mit dem Wasserwellenkanal sind Experimente zu
folgenden Schwerpunkten möglich:
Erzeugung einer nichtperiodischen Welle
Erzeugung einer periodischen Welle
Nachweis, dass Wellen Energie, aber keinen Stoff
transportieren
Phasen- und Gruppengeschwindigkeit einer Welle
Bestimmung der Phasengeschwindigkeit
Demonstration des Zusammenhangs zwischen
Frequenz und Wellenlänge
Reflexion einer Welle
Stehende Wellen
Phasengleiche Überlagerung von Wellen
Überlagerung von Wellen mit einer Phasenver-
schiebung von λ/2
1.1 Zubehör
2 konische Rahmen mit Vlies zur Homogenisie-
rung der Wellen (Primärabsorber)
1 Rahmen mit rotem Vlies zur Dämpfung der
Welle (Sekundärabsorber)
1 Dichtungsprofil zum zeitweiligen Verschließen
eines V-förmigen Teilkanals
1 durchsichtige Trennplatte 40x170x6 mm mit
Distanzstücken zum Einführen in den Iförmigen Kanal
2 Schwimmerkugeln mit Faden zum Nachweis
der Auf- und Abbewegung
1.2 Zusätzlich benötigte Geräte
1 Stromversorgungsgerät für Gleichspannung, 0 -
20 V, stufenlos stellbar
1 Reflektorlampe
Fluoreszein zum Anfärben des Wassers
2. Technische Daten
Betriebsspannung Motor: 12 V DC
Abmessungen: 1500 x 150 x 290 mm
Gewicht: ca. 12,6 kg
3. Bedienung
• Den Wasserwellenkanal bis zur markierten
Höhe mit Wasser füllen, dem etwas Fluoreszein zugesetzt wurde (Fig. 1).
• Die Beleuchtung mit der Reflektorlampe er-
folgt schräg von oben, so dass die Wasseroberfläche als fluoreszierende Schicht erscheint.
• Den Motor mit dem Stromversorgungsgerät
verbinden.
• In die beiden Teilkanäle des V-förmigen Teils
je einen Primärabsorber einschieben.
• Am hinteren Ende des I-förmigen Teils den
Sekundärabsorber so einführen, dass die
Wellen an der Oberfläche sehr flach auf ihn
auflaufen.
• Den Motor einschalten.
Es entsteht das Bild einer sich ausbreitenden Welle.
Um die Phasenlage der beiden Teilwellen zu verän-
dern, wird eine der Walzen auf der Erregerwelle um
180° verdreht, bis sie einrastet.
Die Spannung f ür den Motor kann kurzzeitig bis
etwa 13 V erhöht werden. Die Stromstärke ist
kleiner als 0,5 A. Der Motorschalter besitzt 3 Stellungen. In der Mittelstellung ist der Motor abgeschaltet. Betätigt man den Schalter nach der einen
Seite, so wird der Motor eingeschaltet (Dauerbetrieb). Betätigt man den Schalter nach der anderen Seite, so arbeitet der Motor nur so lange, wie
der Schalter gedrückt wird. Auf diese Weise können kurze Wellenlängen erzeugt werden.
• Nach dem Experimentieren unter den hinteren
Teil des I-förmigen Kanals einen Wassereimer
unterstellen.
Zur Entleerung des Wasserwellenkanals ist ein fest
mit dem Kanalinneren verbundener Ablaufschlauch vorgesehen.
Der Schlauch aus ermüdungssicherem Kunststoff
befindet sich in der kleinen Aufbewahrungsbox am
Kanalende (hinter der grauen Verschlussplatte).
• Zum Entnehmen des Wassers den Schlauch
vorsichtig (das eine Ende ist fest mit einem Anschlussstutzen verbunden) aus der Box nehmen.
• Das freie Ende durch leichtes Straffen bis zum
Ablaufgefäß führen.
Das Wasser entläuft selbständig.
2
• Nach erfolgter Entleerung den Schlauch wieder
zickzackförmig zusammenlegen und in die Box
zurückschieben.
4. Versuchsbeispiele
4.1 Erzeugung einer nichtperiodischen Welle
• Zunächst eine gleichphasige Bewegung der
beiden Erreger einstellen.
• Am Ende des I-förmigen Teils des Wellenkanals
den Absorber einschieben.
• Den Motor etwa 1 s lang einschalten.
Es entsteht ein kurzer Wellenzug, der sich durch
den Wellenkanal bewegt (Fig. 2).
4.2 Erzeugung einer periodischen Welle
• Den Motor für längere Zeit einschalten.
Es entsteht eine fortschreitend periodische Welle, die
vom Erreger bis zum hinteren Ende des I-Kanals
verläuft.
4.3 Nachweis, dass Wellen Energie, aber keinen
Stoff transportieren
• Im mittleren Teil des I-förmigen Kanals an
verschiedenen Stellen die beiden Schwimmerkugeln mit ihren Fäden an der Kanalwandung
befestigen.
• Den Motor kurzzeitig einschalten.
Wenn die Kugeln von dem Wellenzug getroffen
werden, bewegen sie sich wie die Wasserteilchen
rhythmisch auf und ab. Nach der Weiterbewegung
des Wellenzuges befinden sich die Kugeln noch an
der gleichen Stelle.
4.4 Bestimmung der Phasengeschwindigkeit
einer Welle
• Bei laufendem Motor die Zeit messen, die ein
Wellenberg braucht, um von der Eintrittsstelle
in den I-förmigen Kanal bis zum Absorber zu
gelangen.
Die Geschwindigkeit wird als Quotient aus Weg und
Zeit berechnet.
4.5 Zusammenhang zwischen Frequenz und
Wellenlänge
• Den Motor zunächst mit einer geringen Span-
nung betreiben.
• Die Wellenlänge abschätzen.
• Danach die Frequenz des Motors vergrößern
und erneut die Wellenlänge ermitteln.
• Das Experiment mit noch größerer Drehzahl
des Motors wiederholen.
Je größer die Frequenz der Welle ist, umso kleiner
ist die Wellenlänge.
4.6 Reflexion der Wasserwelle
• Den Sekundärabsorber im hinteren Teil des I-
Kanals entfernen.
• Den Wellenerreger etwa 1 s lang einschalten.
Es entsteht ein kurzer Wellenzug, der sich bis zum
Ende des I-Kanals bewegt. Dort wird er reflektiert
und verläuft zurück zum Wellenerreger.
4.7 Phasengeschwindigkeit und Gruppengeschwindigkeit
• Den Wellenerreger etwa 2 s lang einschalten.
Es ist deutlich zu erkennen, dass sich die Wellenberge mit größerer Geschwindigkeit zum Ende des
I-Kanals bewegen und nach der Reflexion von dort
zum Wellenerreger zurück als die gesamte Wellengruppe.
4.8 Stehende Wellen
• Den Motor einschalten.
Die Welle wird am Ende des I-Kanals reflektiert. Die
reflektierte Welle überlagert sich mit der ankommenden Welle. Es entsteht eine stehende Welle.
Durch geringfügiges Ändern der Motordrehzahl
kann ein überzeugendes Bild einer stehenden
Welle eingestellt werden.
4.9 Phasengleiche Überlagerung der Wellen
• Den Wellenabsorber wieder am hinteren Ende
des I-Kanals einschieben.
• Den Motor einschalten.
• Zunächst den Ausgang eines Teilkanals mit dem
Dichtungsprofil verschließen.
• Nach dem Eintreten der Welle in den I-Kanal
ihre Amplitude bestimmen (Fig. 3).
• Danach den zweiten Teilkanal wieder frei ge-
ben und erneut die Amplitude an der gleichen
Stelle ermitteln.
Sie ist jetzt um den Faktor √2 größer als im ersten
Falle (Fig. 4).
4.10 Überlagerung der Wellen bei einer phasenverschiebung von 1/2
• Eine Muffe auf der Erregerwelle so verdrehen,
dass sich die Erreger gegensinnig bewegen.
• In den Bereich des Übergangs vom V-förmigen
in den I-förmigen Teil die Trennplatte einführen.
• Den Motor einschalten.
Im Bereich der Trennplatte ist deutlich die phasenverschobene Lage der beiden Teilwellen zu erken-
3
nen. Im I-förmigen Teil des Kanals, der nicht durch
die Platte getrennt ist, treffen die beiden Teilwellen zusammen und löschen sich aus (Fig. 1).
Die Tatsache, dass sich im Bereich des Kanals mit
Trennplatte stehende Wellen ausbilden, ist auf die
Reflexion der Teilwellen hinter der trennenden
Fig. 1 Aufbau des Wellenwannenkanals
Platte zurückzuführen. Schaltet man den Erreger
nur kurzzeitig ein, so ist zu erkennen, dass sich die
beiden Teilwellen bis zur Überlagerungsstelle
bewegen. Dort werden sie in den beiden Kanälen
zurück reflektiert.
Fig. 2 Erzeugung einer nichtperiodischen Welle
4
Fig. 3 Phasengleiche Überlagerung der Wellen
Fig. 4 Phasengleiche Überlagerung der Wellen
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3B Scientific GmbH • Rudorffweg 8 • 21031 Hamburg • Deutschland • www.3bscientific.com
Technische Änderungen vorbehalten
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3B SCIENTIFIC
Water Wave Channel U8431411
Instruction sheet
11/08 ELWE/ALF
®
PHYSICS
1. Description
The water wave channel serves for the demonstration and investigation of surface waves in water.
It consists of a large transparent oblong trough,
which is two-thirds filled with water.
The waves are produced in the short V-shaped
section and studied in the I-shaped section. For the
generation of the waves a motor with transmission
is attached at the end of the V-shaped channel. It
propels two wave exciters, which move up and
down in the water. Each exciter produces a wave in
a section of the V-shaped channel. Depending
upon the setting, the two exciters can move in the
same direction or in contra motion. The frequency
of these waves can be varied by changing the operating voltage of the motor.
In both partial channels there is a frame with a
fleece directly in front of the wave exciters which
the waves must pass through. Thus to a large extent a sinusoidal process is achieved. Then the
waves enter the I-shaped part of the channel and
move along to its end. If the absorbing frame with
fleece is introduced at the end of this channel,
then they are dissipated as far as possible. Thus a
continuous wave pattern develops in the channel.
If the absorber is not inserted, the waves travel to
the end of the I-shaped channel and are reflected.
With a short switch-on time of the motor, a wave
train develops which travels through the channel
and is reflected and travels back towards the exciter. With continuous operation of the motor the
arriving and the reflected waves overlap, producing
an image of a motionless standing wave.
1
If the wave absorbed at the end of the I-channel is
produced by only one wave exciter (by blocking the
second partial channel), then its amplitude is
small. If both partial waves arrive into the I-shaped
part of the channel, then the amplitude increases.
By inserting the separator into the transient area
between the V-shaped channel and the I-shaped
channel, the two partial waves run separately in
the I-shaped channel and their motions can be
compared with one another. If the two wave exciters are operated in contra motion then the phase
shift from λ/2 can be clearly observed in the area
of the inserted glass plate. The overlap of these two
partial waves leads to the fact that after they enter
the rear part of the I-channel they cancel each
other out to the greatest extent possible.
The following experiments can be carried out with
the water wave channel:
Production of a non-periodic wave
Production of a periodic wave
Proof that waves transport energy, but not mate-
rial
Phase and group velocity of a wave
Determination of the phase velocity
Demonstration of the relationship between fre-
quency and wavelength
Reflection of a wave
Standing waves
Same-phase overlapping of waves
Overlapping of waves with a phase shift of λ/2
1.1 Accessories
2 Conical frames with fleece for the homogenisa-
tion of the waves (primary absorber)
1 Frame with fleece for the absorption of the
wave (secondary absorber)
1 Tube for the temporary blocking of a partial
channel
1 Transparent separator 40x170x6 mm with
spacer pieces for inserting into the I-shaped
channel
2 Plastic balls with thread for the proving the up
and down movement
1.2 Additionally required apparatus
1 Power supply unit for DC voltage, 0 ... 20 V,
continuously variable
1 Reflector lamp
Fluoreszein for colouring the water
2. Technical data
Operating voltage of motor: 12 V DC
Dimensiones: 1500 mm x 150 mm x 290 mm
Mass: approx. 12.6 kg
3. Operation
• Fill up the water wave channel to the marked
height with water, to which some fluoreszein
has been added (fig. 1).
• The lighting with the reflector lamp takes place
diagonally from above, so that a fluorescent
layer appears on the water surface.
• Connect the motor to the power supply unit.
• Into the two partial channels of the V-shaped
part, a conical frame with fleece is introduced.
• At the end of the I-shaped part, the absorber
frame with fleece is introduced at such an angle that the waves at the surface travel very
flatly over it.
• Switch on the motor.
The image of a spreading wave develops.
In order to change the phase position of the two
partial waves, one of the rollers on the wave exciter
is rotated through 180° until it
engages.
The voltage for the motor can be increased briefly
to approximately 13 V. The amperage is smaller
than 0.5 A. The switch for the motor has three
positions. In the middle position the motor is
switched off. When pressed to one side, the motor
is switched on and remains on until the switch is
returned to the off position (continuous mode).
When pressed in the other direction, the motor is
switched on and remains on only whilst pressure is
maintained (pulse mode). In this mode short wavelengths can be produced.
• When the experiments are completed put a
water bucket under the end of the I-shaped
channel.
To empty the channel a fatigue proof plastic tube
connected to the channel inside is stored in the
grey box at the end of the channel.
• To drain the water, carefully take the tube out
of the box (one end is fixed to the drain noz-
zle).
• Slightly strech the tube and place the free end
into the bucket.
The water will be drained automatically.
• After draining the channel fold the tube in its
original zigzag configuration and push it back
into the box.
2
4. Sample experiments
4.1 Generation of a non-periodic wave
Firstly, adjust both exciters so as to produce the
same phase movement.
• Introduce the absorber frame at the end of the
I-shaped part of the wave channel.
• Switch on the motor for approx. 1 s.
A short wave train develops which moves through
the wave channel (fig. 2).
4.2 Generation of a periodic wave
• Switch on the motor for a longer time.
A progressive periodic wave develops at the exciter
and travels to the end of the I-channel.
4.3 Proving that waves transport energy, but
not material
• Attach the two plastic balls in the middle part
of the I-shaped channel by their threads to different places on the channel wall.
• Switch on the motor briefly
When the balls are met by the wave train, they
move rhythmically over and back like the water
particles. After the wave train moves through, the
balls are still in the same position.
4.4 Determining the phase velocity of a wave
• Measure the time which a wave peak needs to
travel from the entrance of the I-shaped channel to the absorber with motor running.
The speed is calculated as a quotient of distance
and time.
4.5 Relationship between frequency and wavelength
• First operate the motor with a low voltage.
• Measure the wavelength.
• Then increase the frequency of the motor and
again determine the wavelength.
• Repeat the experiment with a still greater
number of revolutions of the motor.
The greater the frequency of the wave, the smaller
is the wavelength.
4.6 Reflection of the water wave
• Remove the absorber frame from the end of
the I-channel.
• Switch on the motor for approx. 1 s.
A short wave train develops, which moves up to the
end of the I-channel. There it is reflected and travels back towards the wave exciter.
4.7 Phase velocity and group velocity
• Switch on the motor for approx. 2 s.
It is clearly visible that the wave peaks move with
greater speed to end of the I-channel and after the
reflection, from there towards the wave exciter
than the entire group of waves.
4.8 Standing waves
• Switch on the motor.
The wave is reflected at the end of the I-channel.
The reflected wave overlaps with the arriving wave.
A standing wave develops. A convincing image of a
standing wave can be achieved with a slight adjustment of motor speed.
4.9 Same-phase overlapping of waves
• Introduce the wave absorber again at the end
of the I-channel.
• Switch on the motor.
• First block the exit of the partial channels with
the cylindrical body.
• Determine the amplitude of the wave after it
enters the I-channel (fig. 3).
• Open the second partial channel again and
determine the amplitude again at the same location.
It is now greater than in the first instance by a
factor of √2. (fig. 4).
4.10 Overlap of waves with a phase-shift of 1/2
• Rotate the sleeve on the exciter paddle in such
a way that the exciters move in contra-motion.
• Introduce the separator plate into the area
between the V-shaped section and the I-shaped
section.
• Switch on the motor.
Where the separator is situated, the out of phase
situation of the two partial waves is clearly visible.
In the I-shaped part of the channel which is not
separated by the plate, the two partial waves meet
and cancel each other out (fig. 1).
The fact that standing waves are formed in the area
of the channel with the separator
plate is to be due to the reflection of the partial
waves behind the separating plate. If the exciter is
only switched on briefly, then it is noticed that the
two partial waves move up to the overlapping position. There they are then reflected back into both
channels.
3
Fig. 1 Experimental set-up of the wave channel
Fig. 2 Generation of a non-periodic wave
Fig. 3 Same-phase overlapping of waves
4
Fig. 4 Same-phase overlapping of waves
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Instructions d’utilisation
11/08 ELWE/ALF
®
PHYSICS
Canal de vagues U8431411
1. Description
Le canal de vagues permet de démontrer et
d'étudier les ondes à la surface de l'eau.
Il est constitué d'une grande cuvette transpa-rente
remplie au 2/3 d'eau. Dans la partie courte en V
sont générées des ondes qui seront étudiées dans
la partie en I. Les ondes sont générées par un
moteur à transmission placé à l'extrémité du canal
en V. Ce moteur entraîne deux corps plongeants
qui montent et descendent dans l'eau. Chacun de
ces corps plongeants génère une onde dans une
partie du canal en V. Selon le réglage de l'arbre
excitateur, les deux corps plongeants peuvent se
déplacer dans le même sens ou dans un sens opposé. Pour varier la fréquence des ondes, il suffit
de modifier la tension de service du moteur.
Les deux parties du canal renferment un ca-dre
avec une toile que doivent traverser les ondes. On
obtient ainsi une allure de forme sinusoïdale. Ensuite, elles traversent complè-tement la partie en I
du canal. Si le cadre amortissant se trouve au bout
de ce canal, elles sont presque entièrement absorbées. Dans le canal, on observe alors une onde qui
se propage. Si l'absorbeur n'est pas installé, les
ondes sont réfléchies au bout du canal en I.
Une brève mise en service du moteur produit un
train d'ondes qui, après avoir traversé le canal et
été réfléchi, retourne vers l'excita-teur. En cas de
fonctionnement permanent du moteur, les ondes
qui arrivent et les on-des qui sont réfléchies se
superposent, of-frant ainsi l'image d'une onde
stationnaire.
1
Si l'onde absorbée à l'extrémité du canal en I n'est
générée que par un excitateur (ferme-ture du second canal partiel), son amplitude est faible. Si les
deux ondes partielles accè-dent dans la partie en I
du canal, l'amplitude augmente.
Par l'insertion de la plaque de séparation dans la
zone de transition entre le canal en V et le canal en
I, les deux ondes partielles restent séparées dans le
canal en I et leur mouvement peut être comparé. Si
les deux excitateurs sont opposés, on observe
nette-ment le déphasage de λ/2 dans le périmètre
de la plaque en verre. La superposition de ces deux
ondes partielles a pour conséquence qu'elles disparaissent pratiquement lorsqu'el-les pénètrent dans
la partie arrière du canal en I.
Le canal de vagues permet de réaliser des expériences sur les thèmes principaux sui-vants :
Génération d'une onde non périodique
Génération d'une onde périodique
Démonstration que les ondes transportent de
l'énergie, mais pas de matière
Vitesse de phases et de groupe d'une onde
Détermination de la vitesse de phases
Démonstration du rapport entre la fré-quence et
la longueur d'onde
Réflexion d'une onde
Ondes stationnaires
Superposition équiphasée des ondes
Superposition d'ondes avec un déphasage de λ/2
1.1 Accessoires
2 cadres coniques avec toile pour rendre les
ondes homogènes (absorbeur pri-maire)
1 cadre avec toile rouge pour amortir l'onde
(absorbeur secondaire)
1 profilé étanche pour fermer un canal en V des
deux côtés
1 plaque de séparation transparente 40x170x6
mm, avec pièces d'écartement permettant l'insertion dans le canal en I
2 flotteurs sphériques avec fils pour dé-montrer
le mouvement ascendant et des-cendant
1.2 Appareils supplémentaires requis
1 alimentation électrique pour tension con-tinue
0 - 20 V, à réglage continu
1 lampe à réflecteur
Fluorescéine pour colorer l'eau
2. Caractéristiques techniques
Tension d’alimentation du moteur : 12 V CC
Dimensions : 1500 mm x 150 mm x 290 mm
Poids : ca. 12,6 kg
3. Manipulation
• Remplissez de l'eau dans le canal jus-qu'au
repère, après avoir ajouté un peu de fluorescéine (fig. 1).
• Orientez la lampe de biais par le haut, de
manière à ce que la surface de l'eau apparaisse comme une couche fluorescente.
• Reliez le moteur à l'alimentation électrique.
• Glissez un absorbeur primaire dans cha-cun
des deux canaux partiels de la partie en V.
• A l'extrémité arrière de la partie en I, introdu-
isez l'absorbeur secondaire de manière à ce
que les ondes à la surface se déplacent à plat
vers lui.
• Mettez le moteur en marche.
On observe une onde qui se propage.
Pour modifier la position de phase des deux ondes
partielles, tournez l'un des rouleaux de l'arbre excitateur de 180°, jusqu'à ce qu'il se verrouille.
La tension pour le moteur peut être augmen-tée
brièvement à environ 13 V. L'intensité du courant
est inférieure à 0,5 A. L'interrupteur du moteur
possède trois positions. En posi-tion centrale, le
moteur est éteint. Lorsqu'on tourne l'interrupteur
d'un côté, le moteur est en mode continu. Lorsqu'on
le tourne de l'au-tre côté, le moteur ne marche que
tant que l'interrupteur est actionné. On peut ainsi
gé-nérer de courtes longueurs d'onde.
• Après l'expérience, placez un seau sous la partie
arrière du canal en I.
Un tuyau d'écoulement fixé à l'intérieur du canal
permet de vider ce dernier.
Fabriqué en plastique résistant à la fatigue, le
tuyau se trouve dans une petite boîte de rangement à l'extrémité du canal (derrière la plaque
de fermeture grise).
• Pour évacuer l'eau, retirez le tuyau avec pré-
caution de la boîte (l'une des extrémi-tés est
reliée à une tubulure de raccor-dement).
• Tirez prudemment l'extrémité libre jus-qu'au
récipient d'écoulement.
L'eau s'évacue toute seule.
• Ensuite, repliez le tuyau et remettez-le dans la
boîte.
2
4. Exemples d'expériences
4.1 Génération d'une onde non périodi-que
• Tout d'abord, réglez un mouvement équi-
phasé des deux excitateurs.
• Introduisez l'absorbeur à l'extrémité de la
partie en I du canal.
• Mettez le moteur en marche pendant environ
une seconde.
Il se forme un train d'ondes qui traverse le canal
(fig. 2).
4.2 Génération d'une onde périodique
• Mettez le moteur en marche pendant un cer-
tain temps.
Il se forme une onde périodique se déplaçant de
l'excitateur vers l'extrémité arrière du canal en I.
4.3 Démonstration que les ondes trans-portent
de l'énergie, mais pas de matière
• Dans la partie centrale du canal en I, fixez les
deux flotteurs sphériques avec leurs fils à différents endroits de la paroi du canal.
• Mettez le moteur brièvement en marche.
Lorsque les flotteurs sont touchés par le train d'ondes, ils montent et descendent comme les particules d'eau. Le train d'ondes a pour-suivi son
chemin, mais les flotteurs sont tou-jours au même
endroit.
4.4 Détermination de la vitesse de pha-ses
d'une onde
• Le moteur étant en marche, mesurez le temps
qu'il faut à un sommet de l'onde pour passer de
l'entrée dans canal en I jusqu'à l'absorbeur.
La vitesse est calculée comme quotient du parcours
et du temps.
4.5 Rapport entre la fréquence et la lon-gueur
d'onde
• Faites marcher le moteur d'abord à faible
tension.
• Evaluez la longueur d'onde.
• Puis, augmentez la fréquence du moteur et
déterminez à nouveau la longueur d'on-de.
• Répétez l'expérience avec une vitesse encore
plus élevée du moteur.
Plus la fréquence de l'onde est élevée, plus la
longueur d'onde est faible.
4.6 Réflexion de l'onde
• Retirez l'absorbeur secondaire de la partie
arrière du canal en I.
• Mettez l'excitateur d'ondes en marche pendant
environ une seconde.
Il se forme un train d'ondes qui se déplace vers
l'extrémité du canal en I. Là, il est réflé-chi et retourne vers l'excitateur.
4.7 Vitesse de phases et vitesse de groupe
• Mettez l'excitateur d'ondes en marche pendant
environ deux secondes.
On observe nettement que les sommets se déplacent vers l'extrémité du canal en I et, après la
réflexion, de nouveau vers l'excita-teur à une
vitesse plus élevée que tout le groupe d'ondes.
4.8 Ondes stationnaires
• Mettez le moteur en marche.
L'onde est réfléchie à l'extrémité du canal en I.
L'onde réfléchie se superpose à l'onde qui arrive. Il
se forme une onde stationnaire. Une légère modification de la vitesse du moteur permet d'obtenir la
reproduction convain-cante d'une onde stationnaire.
4.9 Superposition équiphasée des ondes
• Remettez l'absorbeur au bout du canal en I.
• Mettez le moteur en marche.
• Tout d'abord, refermez la sortie d'un canal
partiel à l'aide du profilé étanche.
• Lorsque l'onde entre dans le canal en I, déter-
minez son amplitude (fig. 3).
• Puis, ouvrez de nouveau le second canal par-
tiel et déterminez encore une fois l'amplitude
au même endroit.
A présent, comparée au premier cas, elle est supérieure du facteur √2 (fig. 4).
4.10 Superposition des ondes avec un déphasage
de 1/2
• Tournez un manchon sur l'arbre excita-teur de
manière à ce que les excitateurs se déplacent
dans le même sens.
• Introduisez la plaque de séparation à hauteur
du passage entre les parties en V et en I.
• Mettez le moteur en marche.
A hauteur de la plaque de séparation, on observe
nettement la position déphasée des deux ondes
partielles. Dans la partie en I du canal qui n'est pas
séparée par la plaque, les deux ondes partielles se
rencontrent et s'an-nulent (fig. 1).
La formation des ondes stationnaires dans la zone
du canal renfermant la plaque provient de la réflexion des ondes partielles derrière la plaque. Si l'on
n'active que brièvement l'exci-tateur, on observe
que les deux ondes par-tielles se déplacent
3
jusqu'au point de super-position. Là, elles sont
réfléchies dans les deux canaux.
Fig. 1 Montage du canal de vagues
Fig. 2 Génération d'une onde non périodique
Fig. 3 Superposition équiphasée des ondes
4
Fig. 4 Superposition équiphasée des ondes
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3B SCIENTIFIC
Canale per onde d’acqua U8431411
Istruzioni per l'uso
11/08 ELWE/ALF
®
PHYSICS
1. Descrizione
Il canale per onde d’acqua serve a dimostrare e ad
esaminare le onde superficiali dell’acqua.
È costituito da una grande cuvetta trasparente,
riempita per 2/3 di acqua. Nella parte breve, a
forma di V le onde vengono generate, mentre nella
parte a forma di I vengono esaminate. All’estremità
del canale a forma di V è installato un motore con
trasmissione per la generazione delle onde. Il
motore aziona due corpi da immersione, che si
alzano e si abbassano nell’acqua. Ogni corpo da
immersione genera un’onda in una parte del
canale a forma di V. A seconda dell’impostazione
dell’albero generatore, i due corpi da immersione
possono muoversi nello stesso senso o in senso
opposto. È possibile variare la frequenza delle
onde, modificando la tensione di esercizio del
motore.
In ciascuna delle due parti del canale a forma di V
si trova un telaio con un non tessuto, che le onde
devono attraversare. In questo modo si ottiene un
andamento ampiamente sinusoidale. Quindi le
onde entrano nel canale a forma di I e continuano
fino alla sua fine. Se al termine del canale è
inserito il telaio con non tessuto smorzante, le
onde vengono il più possibile assorbite. In questo
modo nel canale viene rappresentata la
propagazione di un’onda. Se il materiale assorbente
non è inserito, le onde vengono riflesse
nell’estremità posteriore del canale a forma di I.
Con un intervallo di inserzione breve del motore
viene generato un treno di onde che dopo avere
attraversato il canale ed essere stato riflesso,
ritorna al generatore. Con funzionamento continuo
del motore, le onde generate si sovrappongono alle
onde riflesse e viene rappresentata un’onda
stazionaria.
1
Se l’onda che viene assorbita al termine del canale
a forma di I è generata da un solo generatore
(chiusura della seconda parte del canale), la sua
ampiezza è piccola. Se entrambi le onde separate
raggiungono il canale a forma di I, l’ampiezza
aumenta.
Se si inserisce la piastra di separazione nell’area di
passaggio dal canale a forma di V al canale a forma
di I, le due onde separate continuano a scorrere in
questo modo nel canale a forma di I e il loro
movimento può essere confrontato. Se i due
generatori di onde vengono azionati in senso
opposto, nell’area in cui è stata introdotta la
piastra di vetro si osserva chiaramente lo
spostamento di fase di
λ/2. La sovrapposizione
delle due onde separate provoca per quanto
possibile l’annullamento delle onde dopo l’ingresso
nella parte posteriore del canale I.
Con il canale per onde d’acqua è possibile eseguire
esperimenti con i seguenti obiettivi:
Generazione di un’onda non periodica
Generazione di un’onda periodica
Dimostrazione che le onde trasportano energia
ma non materia
Velocità di fase e velocità di gruppo di un’onda
Determinazione della velocità di fase
Dimostrazione della correlazione tra frequenza e
lunghezza d’onda
Riflessione di un'onda
Onde stazionarie
Sovrapposizione di onde in fase
Sovrapposizione di onde con uno spostamento di
fase di
λ/2
1.1 Accessori
2 Telaio conico con non tessuto per
l’omogeneizzazione delle onde (materiale
assorbente primario)
1 Telaio con non tessuto rosso per lo
smorzamento delle onde (materiale assorbente
secondario)
1 Profilo di tenuta per la chiusura temporanea
di una parte del canale
1 Piastra di separazione trasparente 40x170x6
mm con distanziatori per l’inserimento nel
canale a forma di I
2 Sfere galleggianti con filo per la dimostrazione
del movimento verso l’alto e verso il basso
1.2 Apparecchi ulteriormente necessari
1 Alimentatore di tensione continua, 0 - 20 V,
regolazione continua
1 Riflettore
Fluoresceina per la colorazione dell’acqua
2. Dati tecnici
Tensione di esercizio motore: 12 V CC
Dimensioni: 1500 mm x 150 mm x 290 mm
Peso: ca. 12,6 kg
3. Comandi
• Riempire il canale per onde d’acqua fino al
livello segnato con acqua a cui è stata
aggiunta un po’ di fluoresceina (fig. 1).
• Il riflettore illumina l’acqua dall’alto
trasversalmente in modo che la superficie
dell’acqua appaia come uno strato
fluorescente.
• Collegare il motore all’alimentatore.
• Inserire il materiale assorbente primario in
ciascuna delle due parti del canale a forma di
V.
• Nell’estremità posteriore del canale a forma di
I introdurre il materiale assorbente
secondario in modo che le onde della
superficie vi scorrano sopra in piano.
• Accendere il motore.
Si ha la rappresentazione della propagazione di
un’onda.
Per modificare la posizione di fase delle due onde
separate, uno dei rulli dell’albero generatore viene
ruotato di 180°, finché non scatta in posizione.
La tensione d e l mo t o r e può essere aumentata per
breve tempo fino a circa 13 V. L’intensità di corrente
è inferiore a 0,5 A. L’interruttore del motore
dispone di 3 posizioni. Nella posizione centrale il
motore è spento. Se si sposta l’interruttore da un
lato, si accende il motore (funzionamento
continuo). Se si sposta l’interruttore dall’altro
lato, il motore funziona solo finché si tiene
premuto l’interruttore. In questo modo è possibile
generare delle piccole lunghezze d’onda.
• Dopo avere eseguito gli esperimenti, collocare
sotto la parte posteriore del canale a forma di I
un secchio per l’acqua.
Per svuotare il canale per onde d’acqua, è previsto
un tubo di scarico collegato saldamente all’interno
del canale.
Il tubo in plastica resistente alla fatica si trova nella
piccola cassetta di conservazione all’estremità del
canale (dietro alla piastra di chiusura grigia).
• Per rimuovere l’acqua, estrarre con cautela il
tubo dalla cassetta (un’estremità è collegata
saldamente ad un raccordo).
• Condurre l’estremità libera al recipiente di
scarico, tendendola delicatamente.
L’acqua scorre via da sola.
2
• Al termine dello svuotamento, ripiegare il tubo
a zigzag e reinserirlo nella cassetta.
4. Esempi di esperimenti
4.1 Generazione di un’onda non perio-dica
• Impostare prima un movimento in fase dei due
generatori.
• Inserire alla fine della parte del canale per
onde a forma di I il materiale assorbente.
• Accendere il motore per circa 1 s.
Viene generato un treno di onde breve che si
muove nel canale per onde (fig. 2).
4.2 Generazione di un’onda periodica
• Accendere il motore per un intervallo più
lungo.
Viene generata un’onda progressivamente
periodica che scorre dal generatore fino
all’estremità posteriore del canale a I.
4.3 Dimostrazione che le onde traspor-tano
energia ma non materia
• Nella parte centrale del canale a forma di I
fissare le sfere galleggianti con i rispettivi fili in
punti diversi alla parete del canale.
• Accendere il motore per un intervallo breve.
Quando le sfere vengono colpite dal treno di onde,
si muovono su e giù ritmicamente come le
particelle d’acqua. Quando il treno di onde
prosegue, le sfere si trovano ancora nello stesso
punto.
4.4 Determinazione della velocità di fase di
un’onda
• A motore acceso, misurare il tempo che una
cresta dell’onda impiega per andare dal punto
di ingresso nel canale a forma di I fino al
materiale assorbente.
La velocità è calcolata come quoziente tra la
distanza percorsa e il tempo.
4.5 Correlazione tra frequenza e lun-ghezza
d'onda
• Azionare prima il motore con tensione bassa.
• Definire la lunghezza d’onda.
• Aumentare quindi la frequenza del motore e
calcolare nuovamente la lunghezza d’onda.
• Ripetere l’esperimento aumentando ancora la
velocità del motore.
Quanto più aumenta la frequenza dell’onda, tanto
più diminuisce la lunghezza d’onda.
4.6 Riflessione di un’onda d’acqua
• Rimuovere il materiale assorbente secondario
dalla parte posteriore del canale a forma di I.
• Accendere il generatore di onde per circa 1 s.
Viene generato un treno di onde breve che si
muove fino alla fine del canale a forma di I. Qui
viene riflesso e torna verso il generatore di onde.
4.7 Velocità di fase e velocità di gruppo
• Accendere il generatore di onde per circa 2 s.
Si osserva chiaramente che le creste dell’onda
raggiungono la fine del canale a forma di I e, dopo
la riflessione, tornano al generatore di onde con
velocità superiore rispetto all’intero gruppo di
onde.
4.8 Onde stazionarie
• Accendere il motore.
L’onda viene riflessa alla fine del canale a forma di I.
L’onda riflessa si sovrappone con l’onda in arrivo. Si
ha così un’onda stazionaria. Modificando
leggermente la velocità del motore è possibile
rappresentare chiaramente un’onda stazionaria.
4.9 Sovrapposizione in fase delle onde
• Reinserire il materiale assorbente
nell’estremità posteriore del canale a forma di
I.
• Accendere il motore.
• Chiudere prima l’uscita di una parte del canale
con il profilo di tenuta.
• Dopo l’ingresso dell’onda nel canale a forma di
I determinare la sua ampiezza (fig. 3).
• Quindi sbloccare di nuovo la seconda parte del
canale e ricalcolare l’ampiezza nello stesso
punto.
Questa risulta ora più grande di un fattore √2
rispetto al primo caso (fig. 4).
4.10 Sovrapposizione delle onde con uno
spostamento di fase di 1/2
• Ruotare un manicotto dell’albero generatore in
modo che i generatori si muovano in senso
opposto.
• Introdurre la piastra di separazione nell’area di
passaggio dalla parte a forma di V a quella a
forma di I.
• Accendere il motore.
Nell’area della piastra di separazione si osserva
chiaramente lo spostamento di fase delle due onde
separate. Nella parte del canale a forma di I, non
separata dalla piastra, le due onde si uniscono e si
annullano (fig. 1).
3
Il fatto che nell’area del canale in cui si trova la
piastra di separazione si formino onde stazionarie
è dovuto alla riflessione delle onde separate oltre la
piastra di separazione. Se si accende il generatore
Fig. 1 Struttura del canale per onde d’acqua
solo per un breve intervallo, si osserva che le due
onde separate si muovono fino al punto di
sovrapposizione. Qui vengono riflesse nei due
canali.
Fig. 2 Generazione di un’onda non periodica
4
Fig. 3 Sovrapposizione in fase delle onde
Fig. 4 Sovrapposizione in fase delle onde
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Instrucciones de uso
11/08 ELWE/ALF
®
PHYSICS
Canal de olas U8431411
1. Descripción
El canal de olas sirve para demostrar y examinar
las olas en la superficie.
El canal de olas consiste en una cuba grande y
transparente llena de agua en un 66%. En la parte
corta con forma de V se producen las olas. En la
parte con forma de I se examinan las olas. Para
producir las olas en el extremo del canal con forma
de V está instalado un motor con engranaje.
Acciona dos cuerpos sumergidos que se mueven
con agua de arriba abajo. Cada cuerpo sumergido
produce una ola en la parte del canal con forma de
V. Dependiendo del ajuste en la ola excitador los
dos cuerpos sumergidos se pueden mover en el
mismo sentido o en sentido contrario. La
frecuencia de estas olas puede ser variada
cambiando la tensión de servicio.
En los dos canales parciales se encuentra en cada
caso una armadura con un velo a través del cual
las olas tienen que pasar. De esta forma se
consigue en gran parte un recorrido sinusoidal.
Después entran en la parte con forma de I y se
mueven hacia su extremo. Si la armadura
armortiguadora está insertada en el extremo del
canal con el velo en la mayor parte son absorbidas.
Así en el canal aparece la imagen de una ola
difundidora. Si no está insertado el absorbedor las
olas son reflejadas en el extremo posterior del
canal con forma de I.
Cuando el motor está encendido poco tiempo se
produce un tren de olas que vuelve al excitador
después de haber pasado el canal y después de la
reflexión. Si el motor trabaja de forma continua se
sobrepone la ola que llega y la que está reflejada y
1
de esta forma aparece la imagen de una ola
estacionaria.
Si la ola absorbida en el extremo del canal con
forma de I es producida por un solo productor de
olas su amplitud es pequeña. Si las dos olas
parciales llegan a la parte del canal con forma de I,
la amplitud se aumenta.
Las dos olas parciales también pasarán todavía de
forma separada en el canal con forma de I
insertando una placa de separación en la zona de
transición del canal con forma de V al canal con
forma de I. Así se las puede comparar en lo que se
refiere a su movimiento mutuo. Si los dos
productores de olas están accionados en sentido
contrario se puede reconocer claramente el cambio
de fase de λ/2 en la zona de la placa de cristal
insertada. La superposición de estas dos olas
parciales produce una extinción de la mayor parte
cuando las olas entran en la parte posterior del
canal con forma de I.
Con el canal de olas son posibles los experimentos
de los siguientes puntos esenciales:
Generación de una ola no periódica
Generación de una ola periódica
Probar que las olas transportan energía, pero
ninguna materia
Velocidad de fase y en grupos de una ola
Determinación de la velocidad de fase
Demostración de la relación entre frecuencia y
longitud de ola
Reflexión de una ola
Olas estacionarias
Superposición equifásica de olas
Superposición de olas con un cambio de fase de
λ/2
1.1 Accesorios
2 armadura cónica con velo para la
homogeneización de las olas (absorbedor
primario)
1 armadura con velo rojo para el
armortiguamiento de la ola (absorbedor
secundario)
1 empaquetadora perfilada para un cierre
temporal de un canal parcial con forma de V
1 placa de separación transparente 40x170x6
mm con distanciadores para insertar en el
canal con forma de I
2 flotadores esféricos con hilo para probar el
movimiento de arriba abajo
1.2 Otros aparatos necesarios
1 equipo para el suministro de corriente para
tensión continua, 0......20 V, ajustable con
progresión continua
1 lámpara con reflector
Fluoresceína para colorear el agua
2. Datos técnicos
Tensión de línea del motor: 12 V DC
Dimensiones: 1500 x 150 x 290 mm
Peso: aprox. 12,6 kg
3. Servicio
• El canal de olas se llena con agua hasta la
altura marcada añadiendo algo de fluoresceína
(Fig. 1).
• La iluminación con la lámpara con reflector se
produce desde arriba de forma inclinada de tal
forma que aparezca la superficie de agua como
una capa fluorescente.
• El motor está unido con el equipo de
suministro de corriente.
• En cada caso se introduce el absorbedor
primario en los dos canales parciales.
• En el extremo posterior de la parte con forma
de I se introduce el absorbedor secundario, de
tal forma que las olas en la superficie choquen
contra él de forma poco profunda.
• El motor se enciende.
Se produce una imagen de una ola difundidora.
Para cambiar la posición de fase de las dos olas
parciales se gira uno de los dos cilindros sobre la
ola de excitación a 180º hasta que se enclave.
La tensión del motor puede ser aumentada
temporalmente hasta aprox. 13 V. La intensidad de
corriente es inferior a 0,5 A. El interruptor del
motor tiene tres posiciones. En la posición media el
motor está apagado. Si se acciona el interruptor
hacia un lado, se enciende el motor
(funcionamiento permanente). Si se acciona el
interruptor hacia el otro lado, el motor solamente
funciona mientras se pulsa el interruptor. Si se
acciona el interruptor hacia un lado el motor
solamente trabaja mientras se pulsa el interruptor.
De esta forma se pueden producir longitudes de
ola cortas.
• Después de experimentar se pone un cubo de
agua por debajo de la parte trasera del canal
con forma de I.
2
Para vaciar el canal de las olas está prevista una
manga de desagüe fijada fuertemente con el
interior del canal.
La manga de materia sintética segura de fatiga se
encuentra en la caja de almacenamiento pequeña
en el extremo del canal (detrás de la placa de cierre
gris).
• Si se quiere quitar el agua del aparato se quita
la manga de la caja de forma cuidadosa (un
extremo está unido fijamente con un manguito
de empalme).
• El extremo libre se lleva hacia el recipiente de
desagüe poniéndolo tieso ligeramente.
El agua sale de forma independiente.
• Después de la evacuación realizada la manga
se pliega en forma de zigzag y se la empuja
otra vez a la caja.
4. Ejemplos de experimentos
4.1 Generación de una ola no periódica
• Primero se ajusta un movimiento equifásico de
los dos excitadores.
• En el extremo de la parte del canal de olas con
forma de I se instala el absorbedor.
• El motor se enciende durante aprox. un
segundo.
Se genera un tren de olas corto que se mueve a
través del canal de olas (Fig. 2).
4.2 Generación de una ola periódica
• El motor se enciende durante un tiempo más
largo.
Se genera una ola periódica progresiva que
transcurre desde el excitador hasta el extremo
trasero del canal con forma de I.
4.3 Prueba de que las olas transportan energía
pero ninguna materia
• En la parte central del canal con forma de I se
fijan los dos flotadores esféricos con sus hilos
en las paredes del canal en distintos lugares.
• El motor se enciende temporalmente.
Cuando los flotadores son tocados por el tren de
olas se mueven como moléculas de forma rítmica
de arriba abajo. Después de que sigue el tren de
olas los flotadores todavía se encuentran en la
misma parte.
5.4 Determinación de la velocidad de fase de
una ola
• Con el motor en marcha se mide el tiempo que
necesita una cresta de la ola para llegar desde
el punto de entrada en el canal con forma de I
hasta el absorbedor.
Se calcula la velocidad como el cociente entre el
recorrido y el tiempo.
4.5 Relación entre frecuencia y longitud de la
ola
• En primer lugar el motor se acciona con una
tensión inferior.
• Se estima la longitud de la ola.
• A continuación se aumenta la frecuencia del
motor y de nuevo se averigua la longitud de la
ola.
• Se repite el experimento con una velocidad de
giro todavía más alta.
Cuanto más alta es la frecuencia de la ola menos
alta es la longitud de la ola.
4.6 Reflexión de la ola
• El absorbedor secundario se desmonta de la
parte trasera del canal con forma de I.
• Se enciende el excitador de las olas durante
aprox. un segundo.
Se produce un tren de olas corto que se mueve
hasta el extremo del canal con forma de I. Allí es
reflejado y vuelve al excitador.
4.7 Velocidad de fase y velocidad de grupo
• Se enciende el motor durante aprox. 2 segun-
dos.
Se puede ver claramente que las crestas de la ola se
mueven con más velocidad hacia el extremo del
canal con forma de I que el grupo de olas en total y
después de la reflexión vuelven al excitador de las
olas.
4.8 Olas estacionarias
• Se enciende el motor.
Se refleja la ola en el extremo del canal con forma
de I. La ola reflejada se sobrepone con la ola que
llega. Se forma una ola estacionaria. Se puede
ajustar una imagen convincente de una ola
estacionaria cambiando ligeramente la velocidad
de giro del motor.
4.9 Superposición de olas de la misma fase
• En el extremo trasero del canal con forma de I
se inserta otra vez el absorbedor de las olas.
• Se enciende el motor.
• Primero se cierra la salida de un canal parcial
con la empaquetadora perfilada.
• Después de la entrada de las olas se determina
su amplitud (Fig. 3).
3
• Después se desbloquea el segundo canal
parcial y otra vez se determina la amplitud en
el mismo lugar.
Ahora es más grande con respecto al factor √2 que
en el primer caso (Fig. 4).
4.10 Superposición de las olas con un
desplazamiento de fases de1/2
• Un manguito se gira de tal forma que los
excitadores se muevan en sentido contrario.
• Se inserta una placa separadora en la zona de
transición de la parte de V a la parte de I.
• Se enciende el motor.
En la zona de la placa separadora se puede ver
claramente la posición desfasada de las dos olas
parciales. En la parte del canal con forma de I que
no está separada por la placa se unen las dos olas
parciales y se extinguen mutuamente (Fig. 1).
El hecho de que en la zona del canal con placa
separadora se forman olas estacionarias se debe a
la reflexión de las olas parciales detrás de la placa
separadora. Si se enciende el excitador solamente
de tiempo corto se puede ver que las dos olas
parciales se mueven hasta el punto de
superposición. Allí son reflejadas en los dos canales.
Fig. 1 Construcción del canal de olas en forma de cuba
Fig. 2 Generación de una ola no periódica
4
Fig. 3 Superposición de olas de la misma fase
Fig. 4 Superposición de olas de la misma fase
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Instruções para o uso
11/08 ELWE/ALF
®
PHYSICS
Canal para ondas na água
U8431411
1. Descrição
O canal para ondas na água serve para a
demonstração e a pesquisa de ondas na superfície
da água.
Ele consiste numa cuba grande e transparente, que
é preenchida até 2/3 da altura com água. As ondas
são criadas pela peça curta em forma de V, com a
peça em forma de I elas são pesquisadas. Para
produção de ondas, encontra-se um motor com
transmissão no final do canal em forma de V. Ele
move os corpos de imersão para cima e para baixo.
Cada corpo de imersão provoca uma onda em uma
parte do canal em forma de V. Segundo o ajuste do
excitador de ondas, os dois corpos de imersão
podem se mover em síncronos ou em direções
contrárias. A freqüência das ondas pode ser assim
variada alterando-se a tensão de operação do
motor.
Em ambos canais parciais encontra-se um quadro
com pano, que as ondas têm que atravessar. Assim
é conseguido um percurso em modo geral de
forma senoidal. Logo, elas entram na parte do
canal em forma de I e movem-se até o seu final.
Caso esteja instalado o quadro com o pano
amortecedor no final do canal, as ondas são quase
integralmente absorvidas. Por isso, aparece no
canal a imagem de uma onda muito extensa. Se o
absorvedor não estiver instalado, então as ondas são
refletidas no final do canal.
Se o motor for aceso por um tempo curto, surge
uma série de ondas que após percorrer o canal e
serem refletidas, retornam para o excitador. Se o
motor ficar ligado, as ondas emitida se sobrepõem
1
às ondas refletidas e forma-se a imagem de uma
onda estacionária.
Se a onda absorvida no final do canal em I for
produzida por um só excitador (fechando o
segundo canal) a sua amplitude será pequena. Se
ambas ondas parciais atingirem o canal em I, então
a amplitude aumenta.
Introduzindo-se a placa de separação no setor de
passagem do canal em V para o canal em I, ambas
ondas continuam num percurso paralelo separado
e o seu comportamento pode ser comparado. Se os
excitadores forem acionados em movimento
contrário um ao outro, na parte da placa de vidro
inserida fica claramente reconhecível a defasagem
de λ/2. A superposição destas duas ondas parciais
leva a que após a sua entrada no canal em I, no
final do canal, elas desapareçam quase totalmente.
Com o canal para ondas na água podem ser
realizadas experiências relacionadas aos seguintes
temas principais:
Criação de uma onda não periódica
Criação de uma onda periódica
Comprovar que ondas transportam energia mas
nenhuma matéria
Fases e velocidade de grupo de uma onda
Determinação da velocidade de fase
Demonstração da relação entre freqüência e
longitude de onda
Reflexão de uma onda
Onda estacionária
Superposição de ondas de fase idêntica
Superposição de ondas com uma defasagem de
λ/2
1.1 Acessórios
2 armações cônicas com pano para
homogeneização das ondas (absorvedor
primário)
1 quadro com pano vermelho para o
amortecimento da onda (absorvedor
secundário)
1 perfil de isolação para o fechamento
temporário de um dois canais em V
1 placa de separação transparente de 40x170x6
mm com peças para distanciamento para
introdução no canal em forma de I
2 bolas flutuantes com fio para a comprovação
do movimento de sobe e desce
1.2 Aparelhos adicionalmente necessári-os
1 aparelho de alimentação elétrica para corrente
contínua, 0 - 20 V, ajustável sem patamares
1 lâmpada de refletor
Fluoresceína para a coloração da água
2. Dados técnicos
Tensão de operação do motor: 12 V DC
Dimensões: 1500 x 150 x 290 mm
Peso: aprox. 12,6 kg
3. Utilização
• Preencher o canal de ondas na água até a
marca com água à qual foi adicionado um
pouco de fluoresceína (fig. 1).
• A iluminação com o refletor deve ocorrer
inclinada de cima, de modo que a superfície
da água apareça fluorescente.
• Conectar o motor com o aparelho de
alimentação elétrica.
• Introduzir um absorvedor primário em cada
um dos canais da parte em V.
• Colocar o absorvedor secundário no final da
parte em I de modo que as ondas na superfície
o atinjam de forma bem plana.
• Ligar o motor.
Surge a imagem de uma onda em propagação.
Para alterar a situação de fase das duas ondas
parciais, gira-se um cilindro em 180°, até este
engatar.
A tensão do motor pode ser elevada até uns 13 V
por um curto espaço de tempo. A corrente é de
menos de 0,5 A. O motor permite 3 ajustes. Na
posição média o motor está desligado. Se o
interruptor é movido para um lado o motor é
então ligado. (operação permanente). Se o
interruptor for movido para o outro lado, o motor
só continuará funcionando enquanto se apertar o
interruptor. Assim podem ser geradas ondas de
curta longitude.
• Após a experimentação, colocar um balde
debaixo da parte posterior do canal em forma
de I.
Para o esvaziamento do canal para ondas na água
encontra-se a disposição uma mangueira de
evacuação firmemente ligada ao interior do canal.
A mangueira, feita de plástico altamente durável,
encontra-se na pequena caixa de armazenamento
no final do canal (por trás da tampa cinza).
• Para evacuar a água, retirar a ponta livre da
mangueira (a outra ponta está fixada no canal)
cuidadosamente da caixinha.
• Levar a ponta livre para o recipiente de
evacuação puxando levemente.
A água sai por si mesma.
• Após a evacuação, colocar a mangueira
novamente dobrada em zig-zag dentro da
caixinha.
2
4. Exemplos de experiências
4.1 Criação de uma onda não periódica
• Primeiro, ajustar um movimento de fase
idêntica para os dois excitadores.
• Inserir o absorvedor no final da parte em I do
canal para ondas na água.
• Ligar o motor durante aproximadamente 1 s.
Surge uma curta onda que se propaga pelo canal
para ondas na água (fig. 2).
4.2 Criação de uma onda periódica
• Ligar o motor por um período mais longo.
Surge uma onda periódica que se propaga do
excitador até o final do canal em I
4.3 Comprovação de que ondas transpor-tam
energia mas nenhuma matéria
• Fixar em diferentes pontos ambas bolas
flutuantes com seus fios nas paredes do canal
para ondas no meio da parte em I do canal.
• Ligar o motor por um curto espaço de tempo.
Quando as bolas são atingidas pelas ondas, elas se
movem ritmicamente como as partículas de água
para baixo e para cima. Após a passagem da onda,
as bolas continuam no mesmo lugar.
4.4 Determinação da velocidade de fase de uma
onda
• Com o motor ligado, medir o tempo que uma
onda individual precisa para chegar do ponto de
origem do canal em I até o absorvedor.
A velocidade é o quociente do percurso e com o
tempo.
4.5 Relação entre a freqüência e o com-
primento de onda
• Primeiro, acionar o motor com uma tensão
reduzida.
• Determinar o comprimento de onda.
• Logo, aumentar a freqüência do motor e
determinar novamente o comprimento de
onda.
• Repetir a experiência com um número de
rotação do motor maior.
Quanto maior for a freqüência, menor será o
comprimento de onda.
4.6 Reflexão da onda de água
• Retirar o absorvedor secundário no final do
canal em forma de I.
• Ligar o excitador de ondas durante
aproximadamente 1 s.
Surge um curto grupo de ondas que se move para o
final do canal em I. lá, este é refletido e retorna em
direção ao excitador de ondas.
4.7 Velocidade de fase e velocidade de grupo
• Ligar o excitador de ondas por
aproximadamente 2 s.
É claramente visível como as ondas individuais se
dirigem com maior velocidade ao final do canal em
I e retornam após a reflexão ao excitador de ondas
como grupo de ondas completo.
4.8 Ondas estacionárias
• Ligar o motor.
A onda é refletida no final do canal em I. A onda
refletida se superpõe à onda que chega. Surge uma
onda estacionária. Alterando levemente o número
de rotações do motor pode-se criar uma imagem
convincente de uma onda estacionária.
4.9 Superposição de ondas de fase idên-tica
• Voltar a colocar o absorvedor de ondas na
parte posterior do canal em I.
• Ligar o motor.
• Primeiro, fechar a saída de um dos canais
parciais com o perfil de isolamento.
• Depois que a onda entrar no canal em I,
determinar a sua amplitude (fig. 3).
• Depois, liberar novamente o segundo canal e
determinar de novo a amplitude no mesmo
ponto.
Ela é agora maior do que no primeiro caso num
fator √2 (fig. 4).
4.10 Superposição das ondas com uma com uma
defasagem de 1/2
• Girar um cilindro do excitador de ondas de
modo que os excitadores se movam em
movimento contrário.
• Colocar a placa de separação na área de
passagem do canal em V ao canal em I.
• Ligar o motor.
É fácil reconhecer a situação de defasagem de
ambas ondas parciais na região da placa de
separação. Atingindo a parte em I do canal que não
está separada, as duas ondas se encontram e
desaparecem (fig. 1).
O fato que se formem ondas estacionárias na área
do canal com a placa de separação é devido à
reflexão das ondas parciais atrás da placa de
separação. Se o motor for ligado por um curto
tempo, então é visível como ambas ondas parciais
se movem até o ponto de superposição. Lá, elas são
refletidas em ambos canais.
3
Fig. 1 Montagem do canal para ondas na água
Fig. 2 Criação de uma onda não periódica
4
Fig. 3 Superposição de ondas de fase idêntica
Fig. 4 Superposição de fase idêntica das ondas
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